Kupplung

Für andere Verwendungen siehe Kupplung (Disambiguierung).
Einzelkupplungs-Reibungsscheibe. Das gepemmt Die Hub ist an der Scheibe mit Federn an feuchtem Geschwätz befestigt.

A Kupplung ist ein mechanisches Gerät, das Strom einbezieht und löst Übertragung, besonders aus einer Antriebswelle (Antriebswelle) zu einem angetriebenen Schaft.[1] In der einfachsten Anwendung verbinden und trennen Sie zwei rotierende Schächte (Antriebswellen oder trennen Sie es Linienwellen). In diesen Geräten ist eine Welle normalerweise an einen Motor oder ein anderes Stromeinheit (das Antriebsmitglied) angebracht, während die andere Welle (das angetriebene Mitglied) Ausgangsleistung für die Arbeit bietet. Typischerweise sind die damit verbundenen Bewegungen rotär, aber es gibt auch lineare Kupplungen.

In einem Kraftfahrzeug wirkt die Kupplung als mechanische Bindung zwischen dem Motor und Übertragungund trennt kurz oder trennt den Motor vom Getriebesystem. Dies trennt das Laufwerk Räder Immer wenn das Kupplungspedal depressiv ist, so dass der Fahrer die Zahnräder sanft wechseln kann.

In einem Drehmoment kontrollierten bohrenZum Beispiel wird eine Welle von einem Motor angetrieben, und der andere fährt einen Bohrer.[2] Die Kupplung verbindet die beiden Wellen, damit sie zusammengeschlossen und mit der gleichen Geschwindigkeit (engagiert), zusammengesperrt, aber mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten (rutschen) oder mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten (gelöst) gedreht werden.

Entwurf

Trockenkupplung

Diagramm einer Reibungskupplung

A Trockenkupplung Verwendet Trockene Reibung Um die Stromversorgung von der Eingangswelle auf die Ausgangswelle zu übertragen. Die meisten Kupplungen sind trockene Kupplungen. Einrutschen einer Reibungskupplung (wobei die Kupplung teilweise eingebunden ist, die Wellen jedoch mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen) ist manchmal erforderlich, z. Der Schlupf sollte jedoch minimiert werden, um erhöhte Verschleißraten zu vermeiden.

In einem Pull-Typ Kupplung und Drücken des Pedals zieht die Freisetzung, um die Kupplung zu lösen. In einem Push-Typ Kupplung, das das Pedal drückt, drückt die Freisetzung, um die Kupplung zu lösen.

A Multi-Platten-Kupplung besteht aus mehreren reibungsartigen Reibungsplatten, die konzentrisch angeordnet sind und manchmal verwendet werden, um den Durchmesser der Kupplung zu verringern oder unterschiedliche „Stufen“ des Schlupfes (zum Beispiel in einem Drag -Racing -Auto) zu liefern Die Räder während der Beschleunigung von stehendem Start.

Materialien

Ein gemeinsames Reibungsmaterial ist ein organische Verbindung Harz mit a Kupfer Drahtverkehr oder a Keramik Material.[3] Keramikmaterialien können häufig höhere Drehmomentlasten übertragen, sie können jedoch erhöhte Verschleißraten der Schwungrad. Bis Mitte der 1990er Jahre Asbest wurde auch in Kupplungsplatten verwendet.

Federzentren und Kupplungsdämpfer

Eine Kupplungsscheibe kann Federn umfassen, die zum Ändern der Veränderung der Eigenfrequenz von der Kupplungsscheibe, um Vibrationen oder hörbares Rasseln aus dem Getriebe zu reduzieren, wenn der Motor in neutralem Leerlauf im Leerlauf ist.

Ein Kupplungsdämpfer ist ein Gerät, das die Reaktion des Kupplungsbetriebs/-ablags weicher macht. In Automobilanwendungen wird dies häufig durch einen Mechanismus im Kupplungs -Disc -Zentrum bereitgestellt.

Nasse Kupplung

In einem nasse KupplungDas Reibungsmaterial befindet sich in einem Ölbad (oder fließt durch Öl), das die Kupplung abkühlt und schmiert. Dies kann ein reibungsloseres Engagement und eine längere Lebensdauer der Kupplung ermöglichen. Nasskupplungen können jedoch eine geringere Effizienz haben, da eine gewisse Energie auf das Öl übertragen wird. Da die Oberflächen einer feuchten Kupplung rutschig sein können (wie bei einer Motorradkupplung in Motoröl), kann das Stapeln mehrerer Kupplungsscheiben die niedrigere ausgleichen Reibungskoeffizient und so den Schlupf unter Strom eliminieren, wenn sie vollständig engagiert sind.

Nasskupplungen verwenden häufig ein Verbundpapiermaterial.

Zentrifugalkupplung

Hauptartikel: Zentrifugalkupplung

Eine Zentrifugalkupplung engagiert sich automatisch mit zunehmender Geschwindigkeit der Eingangswelle und löst sich mit abnehmendem Eingangswellengeschwindigkeit. Anwendungen sind klein Motorräder, Motorroller, Kettensägenund einige älter Automobile.

Kegelkupplung

Hauptartikel: Kegelkupplung

Eine Kegelkupplung ähnelt der Kupplung mit trockener Reibung, außer dass das Reibungsmaterial an die Außenseite eines konisch geformten Objekts aufgetragen wird. Eine gemeinsame Anwendung für Kegelkupplungen ist die Synchronisierungsring in einem Schaltgetriebe.

Hundekupplung

Hauptartikel: Hundekupplung

Eine Hundekupplung ist ein rutsches Kupplungsdesign, das in verwendet wird Nichtsynchronen Übertragungen.

Ein-Revolution-Kupplung

Kaskadierte Kleiderkupplung in a Fernschreiber

Das Ein-Revolution-Kupplung wurde im 19. Jahrhundert entwickelt, um Maschinen wie zu betreiben Schere oder Pressen Wenn ein einziger Zug des Betriebhebels oder (später) Drücken eines Tastens den Mechanismus stolpern würde und die Kupplung zwischen der Stromquelle und der Maschine einbezieht Kurbelwelle für genau eine Revolution, bevor Sie die Kupplung entlasten. Wenn die Kupplung ausgelöst wird und das angetriebene Mitglied stationär ist. Frühe Entwürfe waren normalerweise Hundekupplungen mit einer Nocken Auf dem angetriebenen Mitglied löste sich die Hunde am entsprechenden Punkt aus.[4][5]

Im 20. Jahrhundert wurden im 20. Jahrhundert stark vereinfachte Einrevolutionskupplungen entwickelt, die viel kleinere Betriebskräfte und in einigen Variationen erfordern, was einen festen Bruchteil einer Revolution pro Operation ermöglichte.[6] Fast Action -Reibungskupplungen ersetzten Hundekupplungen in einigen Anwendungen und beseitigen das Problem der Aufprallbeladung auf die Hunde jedes Mal, wenn die Kupplung einbezogen wird.[7][8]

Zusätzlich zu ihrer Verwendung in schweren Fertigungsgeräten wurden Ein-Revolution-Kupplungen auf zahlreiche kleine Maschinen angewendet. Im TabelliermaschinenZum Beispiel würde das Drücken der Betriebstaste eine einzige Revolutionskupplung stolpern, um die zuletzt eingegebene Nummer zu verarbeiten.[9] Im Artensett -MaschinenDas Drücken einer Taste wählte ein bestimmtes Zeichen aus und leitete auch eine einzelne Drehkupplung ein, um den Mechanismus zum Typenset dieses Zeichens zu radeln.[10] In ähnlicher Weise in TeleprinterDer Erhalt jedes Charakters stolperte eine Ein-Revolution-Kupplung, um einen Zyklus des Druckmechanismus zu betreiben.[11]

1928, Frederick G. Creed entwickelte eine eindrehende Frühlingskupplung (siehe oben), die besonders gut für die sich wiederholte Start-Stop-Aktion geeignet war Teleprinter.[12] 1942 zwei Mitarbeiter von Pitney Bowes Porto Meter Company entwickelte eine verbesserte Single -Turn -Federkupplung.[13] In diesen Kupplungen wird eine Spulenfeder um die angetriebene Welle gewickelt und in einer erweiterten Konfiguration vom Ausflughebel gehalten. Bei Stolpern transportiert sich die Feder schnell um die Stromwelle, die die Kupplung angreift. Am Ende einer Revolution, wenn der Reisehebel zurückgesetzt wurde, fängt er das Ende der Frühling (oder eine an ihm befestigte Blocke) und die an. Winkelimpuls des gefahrenen Mitglieds veröffentlicht die Spannung auf der Feder. Diese Kupplungen haben ein langes Betriebsleben - viele haben Zehn- und vielleicht Hunderte Millionen Zyklen geführt, ohne dass die Notwendigkeit einer anderen Wartung als gelegentlich geschmiert werden muss.

Kaskadierte Kleiderkupplungen Ersetzte Wrap-Spring-Single-Revolution-Kupplungen in Seitendruckern, wie z. Teleprinter, einschließlich der Teletyp -Modell 28 und seine Nachfolger verwenden dieselben Designprinzipien. IBM Selectric Schreibmaschinen benutzte sie auch. Dies sind typischerweise diskussierte Baugruppen, die auf der angetriebenen Welle montiert sind. In der Hohlscheibe-förmigen Drum befinden sich zwei oder drei frei schwimmende Bauls, so dass die Bahnseblächen, wenn die Kupplung gestolpert ist, nach außen springen, ähnlich wie die Schuhe in einem Trommelbremse. Bei der Einbeziehung überträgt das Lastdrehmoment auf jeder Bahn zu den anderen, um sie zu engagieren. Diese Kupplungen rutschen nicht einmal eingesperrt und engagieren sich sehr schnell in der Reihenfolge der Millisekunden. Eine Reiseprojektion erstreckt sich von der Baugruppe. Wenn der Reisehebel diese Projektion einsetzte, wurde die Kupplung entlassen. Wenn der Reisehebel diese Projektion freigibt, engagieren sich interne Federn und Reibung die Kupplung. Die Kupplung dreht sich dann um eine oder mehrere Kurven und hält an, wenn der Ausflughebel erneut die Reiseprojektion einbringt.

Kickback-Kupplungs-Brems

Diese Mechanismen wurden in einigen Arten von synchronmotorgetriebenen elektrischen Uhren gefunden. Es wurden viele verschiedene Arten von synchronen Taktmotoren verwendet, darunter die Hammond-Handuhren vor dem Zweiten Weltkrieg. Einige Arten von selbststartem Synchronmotoren begannen immer, wenn die Macht angewendet wurde, aber im Detail war ihr Verhalten chaotisch und es war gleich wahrscheinlich, sich in die falsche Richtung zu drehen. Gekoppelt mit dem Rotor um einen (oder möglicherweise zwei) Stadien des Reduktionsgetriebes war ein Wickel-Fund-Kupplungs-Bremse. Die Feder drehte sich nicht. Ein Ende wurde festgelegt; der andere war frei. Es fuhr frei, aber eng mit dem rotierenden Mitglied, einem Teil des Zahnradzugs der Uhr. Die Kupplungsbremse wurde gesperrt, wenn sie rückwärts gedreht war, aber auch eine Frühlingsaktion. Die Trägheit des Rotors, die rückwärts ging, engagierte die Kupplung und verwundete die Feder. Als es abgewickelt wurde, startete es den Motor in die richtige Richtung neu. Einige Entwürfe hatten als solches keinen expliziten Frühling - aber einfach konforme Mechanismen. Der Mechanismus wurde geschmiert und der Verschleiß war kein Problem.

Andere Designs

  • Gürtelkupplung: Wird für landwirtschaftliche Geräte, Rasenmäher, Pilzgeräte und Schneegebläse verwendet. Die Motorleistung wird über einen Satz von übertragen Gürtel Das sind locker, wenn der Motor im Leerlauf liegt, aber eine Scheibe mit einer Leerscheibe kann die Gürtel festziehen, um die Reibung zwischen den Gürteln und den Riemenscheiben zu erhöhen.
  • BMA -Kupplung: Erfunden von Waldo J Kelleigh im Jahr 1949,[14] Wird zum Übertragen von Drehmoment zwischen zwei Wellen, die aus einem festen Antriebsmitglied bestehen, das an einen der genannten Schächte gesichert ist, und einem beweglichen Antriebsmitglied, der eine Kontaktfläche mit einer Vielzahl von Eindringen aufweist.
  • Elektromagnetische Kupplung: In der Regel von einem Elektromagneten, das ein integraler Bestandteil der Kupplungsbaugruppe ist. Ein anderer Typ, der, der Magnetpartikelkupplung, enthält magnetisch beeinflusste Partikel in einer Kammer zwischen dem Fahren und den angetriebenen Mitgliedern - Anwendung von Gleichstrom lässt die Partikel zusammenklumpen und haften an den Betriebsflächen. Engagement und Schlupf sind besonders glatt.
  • Wickelkupplung: hat eine helikale Feder, die typischerweise mit einem Draht mit quadratischem Cross-Abschnitt verwundet ist. Diese wurden im späten 19. und frühen 20. Jahrhundert entwickelt.[15][16] In einfacher Form wird die Feder an einem Ende an das gefahrene Mitglied befestigt; Sein anderes Ende ist nicht gebunden. Die Frühling passt genau um ein zylindrisches Antriebsmitglied. Wenn sich das treibende Mitglied in die Richtung dreht, die sich entspannen würde, dehnt sich die Feder minutiös aus und rutscht jedoch mit etwas Widerstand aus. Aus diesem Grund müssen Federkupplungen normalerweise mit leichtem Öl geschmiert werden. Wenn Sie das Antriebsmitglied in die andere Richtung drehen, wickelt sich die Feder selbst eng um die Fahroberfläche, und die Kupplung sperrt sehr schnell. Das Drehmoment, das erforderlich ist, um eine Federkupplung zu machen wächst exponentiell Mit der Anzahl der Kurven im Frühjahr, befolgen Sie dem Capstan -Gleichung.

Verwendungszweck

Automobilübertragungen

Weitere Informationen: Übertragung (Mechanik)
Schaltgetriebe

Die meisten Autos und Lastwagen mit einem Schaltgetriebe haben eine Kupplung, die aus Reibscheiben besteht, die mit dem links am meisten betrieben wird Pedal mit der Bewegung mithilfe von Hydraulik (Master- und Sklavenzylinder) oder einem Kabel auf die Kupplung übertragen. Die Kupplung wird nur zu Zeiten gelöst, wenn der Fahrer das Kupplungspedal zum Boden drückt. Daher ist der Standardzustand, dass das Getriebe an den Motor angeschlossen wird. Eine "neutrale" Zahnradposition ist vorgesehen, so dass das Kupplungspedal mit dem verbleibenden Fahrzeug freigesetzt werden kann.

Zusätzlich zum Startstart ist die Kupplung normalerweise für Zahnradwechsel erforderlich. Obwohl das Getriebe während eines Zahnradwechsels nicht aufhört, wird kein Drehmoment übertragen, wodurch weniger Reibung zwischen Zahnrädern und ihren Verlobungshunden ist. Die Ausgangswelle des Getriebes ist dauerhaft mit dem angeschlossen AchsantriebDann drehen sich die Räder und so beide immer zusammen, um festgedrückte Verhältnisse zusammenzufassen. Wenn sich die Kupplung ausgelöst hat, kann die Getriebeeingangswelle ihre Geschwindigkeit kostenlos ändern, wenn das interne Verhältnis geändert wird. Jeder resultierende Geschwindigkeitsunterschied zwischen Motor und Getriebe wird ausgeglichen, wenn die Kupplung während der Wiedereinnahme leicht rutscht.

Die Kupplung wird normalerweise direkt an der Gesicht des Motors montiert Schwungrad, da dies bereits eine bequeme Stahlscheibe mit großer Durchmesser bietet, die als eine Fahrplatte der Kupplung fungieren kann. Einige Rennkupplungen verwenden kleine Multi-Platten-Datenträgerpakete, die nicht Teil des Schwungrads sind. Sowohl Kupplung als auch Schwungrad sind in einem konischen eingeschlossen Bellhousing für das Getriebe. Eine kleine Anzahl von Frontmotor, Hinterradantrieb Autos (wie die Alfa Romeo Alfetta, Porsche 924 und Chevrolet Corvette C5) verwenden a Transe Layout mit dem Getriebe in der Nähe des Autos; In diesem Fall ist die Kupplung mit dem Transaxle montiert (daher dreht sich die Antriebswelle kontinuierlich mit dem Motor, selbst wenn die Kupplung gelöst ist).

Automatikgetriebe

Etwas Automatikgetriebe verwenden ein Lock-up-Kupplung Um das Schlupf der zu verhindern Drehmomentwandler beim Kreuzfahrt bei höheren Geschwindigkeiten. Der Zweck der Lock-Up-Kupplung besteht darin, den Kraftstoffverbrauch zu verbessern, indem Energieverluste durch den Schlupf des Drehmomentwandlers minimiert werden.[17]

Andere Automobilanwendungen

Autos verwenden Kupplungen an anderen Stellen als dem Antriebszug. Zum Beispiel kann ein gürtelgetriebener Motorkühlungslüfter eine hitzebeständige Kupplung haben. Die Antriebs- und Driven-Mitglieder werden durch eine Flüssigkeit auf Silikonbasis und ein von a kontrolliertes Ventil getrennt Bimetallische Quelle. Wenn die Temperatur niedrig ist, windet sich die Feder das Ventil, wodurch der Lüfter bei etwa 20% bis 30% der Lüfter drehen kann Welle Geschwindigkeit. Wenn die Temperatur der Feder steigt, entspannt sie sich und öffnet das Ventil, wodurch Flüssigkeit über das Ventil vorbei ist, lässt den Lüfter bei etwa 60% bis 90% der Wellengeschwindigkeit drehen.

Andere Kupplungen - wie für eine Klimaanlage Kompressor - Elektronische Kupplungen einbeziehen, um das Antriebsmitglied an das gefahrene Mitglied zu koppeln.

Motorräder

Eine Korbkupplung

Motorräder verwenden typischerweise eine nasse Kupplung mit der Kupplung im gleichen Öl wie dem Getriebe. Diese Kupplungen bestehen normalerweise aus einem Stapel abwechselnder Reibungsplatten und Stahlplatten. Die Reibungsplatten haben Laschen an ihren äußeren Durchmessern, die sie in einen Korb sperrten, der von der Kurbelwelle gedreht wird. Die Stahlplatten haben Laschen an ihren inneren Durchmessern, die sie an die Getriebeeingangswelle abschließen. Eine Reihe von Spulenfedern oder eine Membranfederplatte drängen die Platten zusammen, wenn die Kupplung eingesetzt wird.

An Motorräder Die Kupplung wird von einem Handhebel am linken Lenker betrieben. Kein Druck auf den Hebel bedeutet, dass die Kupplungsplatten einbezogen werden (Fahren), während der Hebel zurück zum Fahrer wird, um die Kupplungsplatten durch Kabel oder hydraulische Betätigung zu lösen, sodass der Reiter den Gängen oder die Küste verlagern kann. Rennmotorräder verwenden oft Rutschkupplungen die Auswirkungen von zu beseitigen Motorbremsen, die, die nur am Hinterrad aufgetragen wird, zu Instabilität führen kann.

Siehe auch

Verweise

  1. ^ Sclater, Neil (2011). Mechanismen und mechanische Geräte Quellbuch (5. Aufl.). New York: McGraw-Hill. p. 212. ISBN 9780071704427. Abgerufen 27. Dezember 2020.
  2. ^ "Wie Kupplungen funktionieren". Howstuffworks.com. 16. Oktober 2007. Abgerufen 24. Dezember 2020.
  3. ^ Yu, Liang; MA, Biao; Chen, Mann; Li, Heyan; MA, Chengnan; Liu, Jikai (15. September 2019). "Vergleich der Reibungs- und Verschleißeigenschaften zwischen Kupfer- und Papier -Reibungsmaterialien". Materialien. 12 (18): 2988. Bibcode:2019mate ... 12.2988y. doi:10.3390/ma12182988. ISSN 1996-1944. PMC 6766303. PMID 31540186.
  4. ^ Frank Wheeler, Kupplung und Stoppmechanismus für Pressen, US 470797 , erteilt 14. Dezember 1891.
  5. ^ Samuel Trethewey, Clutch, US 495686 , erteilt 18. April 1893.
  6. ^ Fred. R. Allen, Clutch, US 1025043 , erteilt am 30. April 1912.
  7. ^ John J. Zeitz, Reibungskupplung, US 906181 , erteilt am 8. Dezember 1908.
  8. ^ William Lautenschlager, Reibungskupplung, US 1439314 , erteilt am 19. Dezember 1922.
  9. ^ Fred. M. Carroll, Taste Hinzufügen von Gerät für Tabelliermaschinen, USA 1848106 , erteilt 8. März 1932.
  10. ^ Clifton Chisholm, Typetting -Maschine, USA 1889914 , erteilt am 6. Dezember 1932.
  11. ^ Arthur H, Adams, Auswahl und Tippen für Mittel zum Drucken von Telegraphen, US 2161840 , ausgestellt am 13. Juni 1928.
  12. ^ Frederick G. Creed, Kupplungsmechanismus, US 1659724 , erteilt am 21. Februar 1928
  13. ^ Alva G. Russell, Alfred Burkhardt und Samuel E. Calhoun, Frühlingsclutch, US 2298970 , erteilt am 13. Oktober 1942.
  14. ^ "Clutch Patent".
  15. ^ Analdo M. Englisch, Reibungskupplung, USA 255957 , erteilt 4. April 1882.
  16. ^ Charles C. Tilllotson, Stromübertragungskupplung, US 850981 , gewährt am 23. April 1907.
  17. ^ "Was ist Lock-up-Kupplungsmechanismus?".Ihr Online -Mechaniker. Abgerufen 17. Juli 2014.